一.概述

農(nóng)業(yè)大棚智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集農(nóng)業(yè)大棚內(nèi)的氣溫、濕度、光照、土壤溫度、土壤濕度等環(huán)境參數(shù)，根據(jù)作物生長的需要實(shí)時(shí)智能決策，自動(dòng)開啟或關(guān)閉指定的環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備。該系統(tǒng)的部署和實(shí)施可為農(nóng)業(yè)生態(tài)信息的自動(dòng)監(jiān)測、設(shè)施的自動(dòng)控制和智能管理提供科學(xué)依據(jù)和有效手段。

溫室監(jiān)測和智能控制的解決方案是采集與作物生長密切相關(guān)的實(shí)時(shí)環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、光照、土壤溫度、土壤含水量、CO2濃度等。在作物溫室內(nèi)通過各種可以靈活部署在溫室內(nèi)的無線傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，將實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)服務(wù)器上，智能分析決策，自動(dòng)開啟或關(guān)閉指定設(shè)備(如遙控澆水、開閉百葉窗等。).

二.項(xiàng)目要求

無線空氣溫度和濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤濕度傳感器、無線光照傳感器、無線CO2傳感器等。部署在每個(gè)智能農(nóng)業(yè)溫室中，監(jiān)測空氣溫度和濕度、土壤溫度、土壤濕度、光照、CO2濃度等環(huán)境參數(shù)。為了便于部署和位置調(diào)整，所有傳感器應(yīng)由電池供電，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸。在溫室內(nèi)，交流220V市電(如風(fēng)扇、水泵、加熱器、電動(dòng)卷簾門)只需在少數(shù)固定位置提供。

每個(gè)農(nóng)業(yè)溫室園區(qū)配備1套采集傳輸設(shè)備(包括路由節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)程無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)等。)，用于覆蓋全園所有農(nóng)業(yè)大棚，傳輸園區(qū)各農(nóng)業(yè)大棚的傳感器數(shù)據(jù)和設(shè)備控制指令數(shù)據(jù)，與互聯(lián)網(wǎng)上的平臺(tái)服務(wù)器進(jìn)行交互。

安裝智能控制設(shè)備(包括集成控制器、擴(kuò)展控制配電箱、電磁閥、電源轉(zhuǎn)換和適配設(shè)備等。)在每個(gè)需要智能控制功能來接收控制指令和響應(yīng)控制執(zhí)行設(shè)備的溫室中。實(shí)現(xiàn)溫室內(nèi)的電動(dòng)百葉窗、智能噴水、智能通風(fēng)等行為。

三、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

(1)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)分為四個(gè)部分:現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、智能數(shù)據(jù)處理平臺(tái)和遠(yuǎn)程控制。

(2)系統(tǒng)有兩種典型的配置結(jié)構(gòu)。

■雙層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由兩種類型的節(jié)點(diǎn)組成:

無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤濕度傳感器、無線光照傳感器、無線CO2傳感器等。

無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，包括Wi-Fi無線網(wǎng)關(guān)或GPRS無線網(wǎng)關(guān)。

這種結(jié)構(gòu)適用于公園已經(jīng)有Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋或者可以使用GPRS直接上傳數(shù)據(jù)的場景。在這種結(jié)構(gòu)中，只有在適當(dāng)?shù)膮^(qū)域部署無線網(wǎng)關(guān)，才能收集和上傳傳感器數(shù)據(jù)。

■三層網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)由三種類型的節(jié)點(diǎn)組成:

無線傳感器節(jié)點(diǎn)，包括無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤濕度傳感器、無線光照傳感器、無線CO2傳感器等。

無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；

數(shù)據(jù)路由器。

這種結(jié)構(gòu)適用于公園內(nèi)沒有Wi-Fi局域網(wǎng)覆蓋，GPRS不準(zhǔn)備直接上傳數(shù)據(jù)的場景。在這種結(jié)構(gòu)中，需要部署數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)。無線網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)通過長距離無線通信交換數(shù)據(jù)。當(dāng)區(qū)域較大，節(jié)點(diǎn)間通信距離不足時(shí)，無線網(wǎng)關(guān)還可以自動(dòng)相互中繼數(shù)據(jù)，擴(kuò)大監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。

(3)傳感信息采集

在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，無線空氣溫濕度傳感器、無線土壤溫度傳感器、無線土壤濕度傳感器、無線光照傳感器、無線CO2傳感器等傳感器都支持低功耗運(yùn)行，可以使用廉價(jià)干電池長期運(yùn)行。同時(shí)，所有無線傳感器節(jié)點(diǎn)都在運(yùn)行SleepTree低功耗多跳ad hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以為其他節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)的自動(dòng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)，從而擴(kuò)大監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，增加部署靈活性。

SleepTree低功耗多跳ad hoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基于IEEE802.15.4協(xié)議，無線通信的頻率可以是2.4GHz或780MHz。

傳感器數(shù)據(jù)通過SleepTree協(xié)議傳輸?shù)綗o線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，然后無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過數(shù)據(jù)路由節(jié)點(diǎn)或直接將傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)平臺(tái)的服務(wù)器。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室現(xiàn)場的傳感器參數(shù)，控制溫室現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備。

四.溫室場地布局

溫室現(xiàn)場主要負(fù)責(zé)溫室內(nèi)部環(huán)境參數(shù)的采集和控制設(shè)備的實(shí)施。采集的數(shù)據(jù)主要包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所需的光照、氣溫、空氣濕度、土壤溫度、土壤濕度、CO2濃度等參數(shù)。

傳感器數(shù)據(jù)上傳采用低功耗無線傳輸方式。傳感器數(shù)據(jù)通過無線傳輸模塊和睡眠樹協(xié)議無線傳輸?shù)綗o線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。用戶終端和集成控制器之間傳輸?shù)目刂浦噶钜餐ㄟ^無線傳輸模塊傳輸?shù)街行墓?jié)點(diǎn)，節(jié)省了通信電纜的部署。然后，節(jié)點(diǎn)通過邊緣網(wǎng)關(guān)封裝傳感器數(shù)據(jù)和控制指令，并將它們發(fā)送到位于互聯(lián)網(wǎng)上的系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)。用戶可以通過有線網(wǎng)絡(luò)/無線網(wǎng)絡(luò)訪問系統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫室現(xiàn)場的傳感器參數(shù)，控制溫室現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備。低功耗的無線傳輸模式使得傳感器在溫室中的部署靈活且易于擴(kuò)展。

控制系統(tǒng)主要由集成控制器、執(zhí)行裝置和相關(guān)電路組成。通過集成控制器，可以自由控制各種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)執(zhí)行設(shè)備，包括噴水系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)等。噴水系統(tǒng)可支持噴淋、滴灌等設(shè)備，空調(diào)系統(tǒng)可支持卷簾、風(fēng)機(jī)等設(shè)備。

傳輸部分主要是將設(shè)備采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器。現(xiàn)有溫室設(shè)備支持Wi-Fi、GPRS、長距離無線傳輸?shù)榷喾N數(shù)據(jù)傳輸方式，傳輸協(xié)議中支持IPv4組網(wǎng)協(xié)議。

業(yè)務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)為用戶提供智能溫室的所有功能，包括環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)時(shí)空分布、歷史數(shù)據(jù)、超限報(bào)警和遠(yuǎn)程控制。用戶還可以根據(jù)需要添加視頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。空間/時(shí)間分布將系統(tǒng)采集的數(shù)值的時(shí)間分布(折線圖)和空間分布(場圖)以直觀的方式展現(xiàn)給用戶，歷史數(shù)據(jù)可以為用戶提供一段歷史的數(shù)值展示；超閾值報(bào)警允許用戶定義用戶定義的數(shù)據(jù)范圍，并將超出范圍的情況反映給用戶。

動(dòng)詞 （verb的縮寫）平臺(tái)軟件

平臺(tái)軟件由以下四部分組成:

(1)數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)服務(wù)軟件

完成傳感器數(shù)據(jù)的采集、分析和分類，然后按照預(yù)設(shè)的格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中。

(2)顯示和決策軟件

圖形界面，從數(shù)據(jù)庫中讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，以表格和曲線的形式顯示傳感器數(shù)據(jù)，支持多種查詢和顯示方式。決策系統(tǒng)的控制對(duì)象和決策算法可定制，并可與對(duì)象控制軟件互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

(3)遠(yuǎn)程控制軟件

完成對(duì)現(xiàn)場控制對(duì)象的操作，圖形化操作界面，支持對(duì)遠(yuǎn)程開關(guān)名稱等信息的重新定義，并與決策軟件接口，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

(4)SDK二次開發(fā)包

通過SDK開發(fā)包，用戶可以用自己熟悉的開發(fā)平臺(tái)充分開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的數(shù)據(jù)展示和決策平臺(tái)。

通過SDK開發(fā)包，用戶可以在不了解系統(tǒng)硬件等底層信息的情況下，完成一個(gè)環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)。

我們的SDK提供:

①數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)服務(wù)軟件的詳細(xì)編程界面和描述

②對(duì)象控制軟件的編程界面和描述

③曲線顯示界面程序

④數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)檢索程序

⑤設(shè)備對(duì)象控制程序

上述四個(gè)軟件組件中，數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件和對(duì)象控制軟件與底層硬件直接相連，用戶只需通過SDK開發(fā)自己的顯示和決策軟件，就可以與我們的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)服務(wù)軟件和對(duì)象控制軟件進(jìn)行交互。

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